熊利平 ,鄔長(zhǎng)武,郭永強(qiáng),李嵩陽
(1.中國(guó)石油化工股份有限公司 石油勘探開發(fā)研究院,北京 100083;2.北京郵電大學(xué),北京 100876)
巴西海上坎波斯與桑托斯盆地油氣成藏特征對(duì)比研究
熊利平1,鄔長(zhǎng)武1,郭永強(qiáng)1,李嵩陽2
(1.中國(guó)石油化工股份有限公司 石油勘探開發(fā)研究院,北京 100083;2.北京郵電大學(xué),北京 100876)
坎波斯與桑托斯盆地油氣資源非常豐富。2個(gè)盆地均經(jīng)歷了裂谷、過渡、被動(dòng)大陸邊緣3個(gè)構(gòu)造階段,發(fā)育鹽下陸相層序、鹽巖層序、鹽上海相層序,形成鹽下、鹽上2套成藏組合。由于盆地構(gòu)造格架不同,導(dǎo)致鹽巖分布、鹽下儲(chǔ)層發(fā)育程度的差異,加之鹽上儲(chǔ)層分布的不同,造成2個(gè)盆地油氣分布特征的巨大差異。桑托斯盆地油氣主要分布在外部高地帶的鹽下領(lǐng)域,而坎波斯盆地油氣主要富集在中部低凸帶的鹽上儲(chǔ)層中。通過分析2個(gè)盆地的構(gòu)造演化及地層發(fā)育特征、成藏條件及主控因素,優(yōu)選了鹽下、鹽上成藏組合的有利區(qū),剖析了2個(gè)盆地成藏條件的異同,可指導(dǎo)我國(guó)石油公司在這2個(gè)盆地新項(xiàng)目評(píng)價(jià)和在執(zhí)行區(qū)塊的勘探部署。
鹽膏巖;成藏主控因素;油氣成藏;坎波斯盆地;桑托斯盆地
巴西海上坎波斯與桑托斯盆地是全球重要的含油氣盆地,截至2012年1月,這2個(gè)盆地共發(fā)現(xiàn)2P可采儲(chǔ)量98.4×108t油當(dāng)量,其中液態(tài)烴81.2×108t,氣2.1×1012m3。自2006年以來,盆地鹽下領(lǐng)域不斷獲得巨型油氣發(fā)現(xiàn)。近幾年,巴西新發(fā)現(xiàn)的儲(chǔ)量基本相當(dāng)于全球其他地區(qū)新發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)量之和,這些新發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)量絕大多數(shù)位于這2個(gè)盆地,因此,該區(qū)未來勘探開發(fā)潛力巨大。
坎波斯與桑托斯盆地同屬典型被動(dòng)大陸邊緣盆地,構(gòu)造位置相鄰,構(gòu)造演化、沉積地層特征、成藏演化歷史相似,但油氣分布卻存在巨大差異??膊ㄋ褂蜌庵饕植荚邴}上海相碎屑巖中,而桑托斯盆地油氣卻主要賦存在鹽下湖相碳酸鹽巖中。研究這2個(gè)盆地油氣成藏條件異同,能夠明確控制盆地油氣分布的主要因素,確定盆地的勘探潛力及油氣成藏有利區(qū)。
巴西桑托斯、坎波斯、埃思皮里奧桑托盆地屬典型的大西洋型被動(dòng)大陸邊緣盆地,這3個(gè)盆地構(gòu)造位置相鄰,統(tǒng)稱為大坎波斯盆地。盆地形成于岡瓦納大陸解體和自南向北的南大西洋兩岸張開時(shí)期,主要經(jīng)歷了裂谷、過渡、被動(dòng)大陸邊緣3個(gè)階段,發(fā)育了裂谷期陸相層序、過渡期鹽巖層序及被動(dòng)大陸邊緣期海相層序[1-2]。
在早白堊世巴列姆期,南美與西非開始裂開,裂谷作用發(fā)生初期,伴隨著臺(tái)地玄武巖噴發(fā),沉積一組厚度有變化的河流—湖相層序,在裂谷作用之后發(fā)生了熱沉降。鹽下地層可分為構(gòu)造—沉積特征截然不同的兩部分:下白堊統(tǒng)下阿普第階主要為裂谷期陸相沉積,在裂谷期的最后階段,有海相侵入;中阿普第階為熱沉降期海相沉積,構(gòu)造相對(duì)平靜,僅發(fā)育局部斷層。
在晚阿普第期,狹窄的海道限制了海水的流入,形成了蒸發(fā)巖層序,這套蒸發(fā)巖在深水區(qū)的厚度多數(shù)大于1 500 m,對(duì)大坎波斯盆地油氣成藏起著重要作用,鹽巖良好的導(dǎo)熱性使得鹽下地層地溫梯度較低,烴源巖在埋深5 000~5 500 m時(shí)才達(dá)到生油高峰。同時(shí),這套鹽巖層序的發(fā)育,還有利于鹽下儲(chǔ)層孔隙度的保持。
隨后,在晚白堊世阿爾比期,發(fā)生了一次海侵,并發(fā)育了碳酸鹽巖臺(tái)地。在森諾曼—土倫期,該臺(tái)地的沉沒導(dǎo)致富含有機(jī)物的頁巖堆積,土倫期三角洲層序向海進(jìn)積標(biāo)志著一次海退的開始。從馬斯特里赫期到早漸新世,再次出現(xiàn)沉降和一次海進(jìn),各種深水海相頁巖和濁積巖跨越盆地,覆蓋在西部前寒武系基底上,在這次海進(jìn)之后出現(xiàn)一個(gè)新近紀(jì)海退層序,在現(xiàn)有大陸斜坡的沉積中心形成了很厚的充填沉積物[3]。
2.1盆地構(gòu)造格架
大坎波斯盆地垂向上可分為鹽下裂谷體系、鹽上重力滑覆體系2套構(gòu)造層,鹽下、鹽上構(gòu)造成因不同,構(gòu)造特征存在明顯的差異。鹽下構(gòu)造主要受控于基底斷裂的活動(dòng),具有東西分帶、南北分段的構(gòu)造格局,沿東西方向發(fā)育兩凹兩隆,自西向東依次為近岸低凹帶、中部低凸帶、近海低凹帶、外部高地帶。3條轉(zhuǎn)換—調(diào)節(jié)斷層將大坎波斯盆地沿南北方向分為3段即3個(gè)盆地,形態(tài)南寬北窄[4-5](圖1)。鹽上構(gòu)造主要受控于鹽巖的重力滑動(dòng),自西向東分為后緣伸展帶、中部雙向伸展帶、前緣重力褶皺沖斷帶。
圖1 大坎波斯盆地鹽下構(gòu)造格架Fig.1 Pre-salt tectonic framework of Greater Campos Basin
2.2烴源巖特征
大坎波斯盆地主力烴源巖均為鹽下裂谷期下白堊統(tǒng)巴列姆階—阿普第階微咸湖相鈣質(zhì)黑色頁巖,這套烴源巖在桑托斯盆地和坎波斯盆地廣泛分布,貢獻(xiàn)了盆地80%以上的油氣。桑托斯盆地下白堊統(tǒng)Guaratiba組烴源巖主要沉積于火山邊緣以北的裂谷盆地內(nèi)。盆地內(nèi)僅有一口井鉆達(dá)這套烴源巖,為Ⅰ-Ⅱ型干酪根,TOC含量為2%~4%[6],厚度100~200 m。在淺水區(qū),下中白堊統(tǒng)源巖埋深達(dá)7~8 km,這套烴源巖處于過成熟階段,在大陸斜坡和深水區(qū)的湖相頁巖的成熟度正處于未成熟到過成熟階段[7]。
坎波斯盆地鹽下下白堊統(tǒng)Lagoa Feia組烴源巖為裂谷湖相黑色頁巖,TOC含量為2%~6%,最高可達(dá)9%,氫指數(shù)可達(dá)900 mg /g。干酪根為Ⅰ型,烴源巖質(zhì)量極好。除了外部高地帶尚未成熟外,這套烴源巖在盆地其他地區(qū)都處在生油窗內(nèi),尚未達(dá)到過成熟。
2.3儲(chǔ)層條件
桑托斯盆地主要儲(chǔ)層為鹽下的阿普第階Guaratiba組灰?guī)r儲(chǔ)層,儲(chǔ)層平均厚30 m,孔隙度5%~25%,滲透率1~1 300 mD,盆地80%以上的油氣儲(chǔ)量賦存于這套儲(chǔ)層。其次為鹽上土侖階砂巖儲(chǔ)層,孔隙度16%~21%,滲透率較低。
坎波斯盆地的主要儲(chǔ)層為鹽上Carapebus段,這套儲(chǔ)層主要有3個(gè)砂巖段,上白堊統(tǒng)、始新統(tǒng)—漸新統(tǒng)和漸新統(tǒng)—中新統(tǒng),上白堊統(tǒng)段砂巖最厚可達(dá)100~250 m,其他段的砂巖厚度也很大,孔隙度20%~30%,滲透率大于1 D,最高可達(dá)5.4 D[6]。鹽上阿爾布階Macae組灰?guī)r及砂巖、鹽下下白堊統(tǒng)巴列姆—阿普第階Coquinas組灰?guī)r為次要儲(chǔ)層。鹽上Macae組以灰?guī)r為主,另有濱岸相砂巖Goitacas段、陸架Quissama段和濁積相Namorado段,灰?guī)r儲(chǔ)層物性一般較差,而 Quissama段、Namorado段儲(chǔ)層物性較好。鹽下Coquinas組為碳酸鹽巖儲(chǔ)層,儲(chǔ)層物性受成巖作用控制,橫向變化大,孔隙度一般較低,多數(shù)介于4%~6%之間,但滲透率較高,在多個(gè)油田產(chǎn)油。
2.4蓋層及保存條件
鹽巖蓋層是桑托斯盆地和坎波斯盆地鹽下儲(chǔ)層的優(yōu)質(zhì)區(qū)域性蓋層,在鹽巖連續(xù)分布的區(qū)域,鹽下油氣保存條件好,原油未遭受破壞,API一般為27°~30°,且缺少鹽上油氣發(fā)現(xiàn)。而在鹽窗發(fā)育區(qū),鹽上油氣發(fā)現(xiàn)較多,原油多遭受了不同程度的生物降解, API一般為13°~22°。鹽上儲(chǔ)層的蓋層為大規(guī)模發(fā)育的海相頁巖。
2.5圈閉發(fā)育特征
盆地鹽上、鹽下構(gòu)造的成因機(jī)制不同,圈閉特征也存在明顯差異。鹽下構(gòu)造與基底活動(dòng)密切相關(guān),主要發(fā)育與基底斷裂相關(guān)的斷壘、翹傾斷塊、背斜構(gòu)造[8]。鹽上圈閉主要與鹽巖活動(dòng)有關(guān),發(fā)育各類鹽相關(guān)構(gòu)造圈閉、巖性圈閉。
2.6油氣成藏模式
桑托斯盆地和坎波斯盆地包括鹽下和鹽上2套成藏組合,這2套成藏組合具有不同的成藏模式(圖2)。鹽下成藏組合的主要烴源巖為鹽下裂谷期湖相烴源巖,儲(chǔ)層為鹽下裂谷期—過渡期碳酸鹽巖,鹽巖可作為良好的蓋層。鹽下構(gòu)造呈地壘、地塹相間的構(gòu)造格局,凹陷區(qū)是鹽下烴源巖的生烴中心,基底隆起區(qū)是優(yōu)質(zhì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層的發(fā)育區(qū),也是構(gòu)造圈閉的發(fā)育區(qū)。地塹區(qū)生成的油氣,沿著斷層及優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層油氣運(yùn)移到地壘區(qū)圈閉中聚集成藏。
圖2 大坎波斯盆地鹽下成藏組合油氣成藏模式Fig.2 Petroleum accumulation pattern of pre-salt reservoir in Greater Campos Basin
圖3 大坎波斯盆地鹽上成藏組合油氣成藏模式Fig.3 Petroleum accumulation pattern of post-salt reservoir in Greater Campos Basin
鹽上成藏組合主力烴源巖同樣是鹽下裂谷期湖相頁巖,儲(chǔ)層為鹽上海相碳酸鹽巖、砂巖,廣泛發(fā)育的海相頁巖可以作為良好的蓋層。鹽下裂谷期烴源巖生成的油氣,沿鹽窗、斷層向鹽上儲(chǔ)層運(yùn)移,在各類鹽相關(guān)圈閉、巖性圈閉中聚集成藏[9-10](圖3)。
3.1盆地油氣分布規(guī)律對(duì)比
在桑托斯盆地和坎波斯盆地,鹽下成熟烴源巖分布廣泛,但油氣分布卻極不均勻??膊ㄋ古璧赜蜌庵饕植荚谥胁康屯箮?,以鹽上砂巖油氣藏為主。桑托斯盆地油氣主要分布在外部高地帶,以鹽下碳酸鹽巖油氣藏為主(表1)。
3.2油氣主控因素
鹽下油氣成藏主要受控于基底隆起和鹽巖分布?;茁∑鹂刂汽}下圈閉和優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的發(fā)育,控制油氣聚集?;讟?gòu)造形成的壘塹相間的構(gòu)造格局,為桑托斯盆地鹽下油氣富集提供了良好的條件:斷陷區(qū)供烴,基底隆起區(qū)是圈閉發(fā)育的有利場(chǎng)所;基底隆起形成的淺水沉積環(huán)境有利于疊層石灰?guī)r儲(chǔ)層的發(fā)育(圖4)。桑托斯盆地和坎波斯盆地鹽下油氣發(fā)現(xiàn),均位于基底隆起形成的圈閉(圖5)。鹽巖分布控制鹽下油氣保存,鹽下巨型油氣田多分布在連續(xù)鹽巖分布區(qū),在鹽窗發(fā)育區(qū),以鹽上油氣發(fā)現(xiàn)為主。
表1 桑托斯盆地及坎波斯盆地油氣儲(chǔ)量分布Table 1 Petroleum reserves of Santos and Campos Basins
鹽上成藏組合中各類鹽相關(guān)圈閉、巖性圈閉發(fā)育,油氣成藏主要受控于鹽窗和儲(chǔ)層發(fā)育情況。鹽窗發(fā)育控制鹽下油氣向鹽上運(yùn)移,盆地鹽下地層的斜坡區(qū),鹽巖向下傾方向流動(dòng),形成大量的鹽窗,有利于油氣運(yùn)移。儲(chǔ)層發(fā)育控制鹽上油氣成藏,坎波斯盆地鹽上濁積砂體最發(fā)育,鹽上油氣田分布與上白堊統(tǒng)、始新統(tǒng)及漸新統(tǒng)濁積砂體展布密切相關(guān)(圖6)。而桑托斯盆地,鹽上砂巖儲(chǔ)層僅零星分布(圖6),鹽上油氣發(fā)現(xiàn)較少。
圖4 桑托斯盆地鹽下碳酸鹽儲(chǔ)層發(fā)育模式Fig.4 Development pattern of pre-salt carbonate reservoir in Santos Basin
圖5 坎波斯盆地鹽下油氣藏剖面Fig.5 Profile of pre-salt reservoir in Campos Basin
3.3油氣成藏有利區(qū)優(yōu)選
鹽下油氣成藏有利區(qū)主要位于鹽下中部低凸帶和外部高地帶,凹陷區(qū)是生烴中心,凸起帶是油氣運(yùn)移的指向區(qū),碳酸鹽儲(chǔ)層發(fā)育,并發(fā)育大量與基底隆起相關(guān)的圈閉,鹽下組合成藏條件好。桑托斯盆地外部高地帶為巨厚連續(xù)鹽巖分布區(qū),發(fā)育大量與基底隆起相關(guān)的構(gòu)造圈閉,是目前鹽下巨型油氣田發(fā)現(xiàn)最多的區(qū)域,油氣成藏最有利。在該構(gòu)造帶,2006—2010年共發(fā)現(xiàn)8個(gè)大于1.37×108t的鹽下油氣田,這8個(gè)油氣田總可采儲(chǔ)量達(dá)39.6×108t。桑托斯盆地中部低凸帶也存在基底隆起構(gòu)造,但鹽窗發(fā)育,鹽下油氣藏保存條件略差??膊ㄋ古璧刂胁康屯箮N源巖成熟,也發(fā)育大量與基底隆起相關(guān)的圈閉,鹽窗同樣發(fā)育,保存條件存在一定風(fēng)險(xiǎn),鹽下成藏條件差于桑托斯盆地外部高地帶??膊ㄋ古璧赝獠扛叩貛Оl(fā)育巨厚鹽墻,鹽下烴源巖埋深淺,未成熟,潛力不大。
圖6 桑托斯和坎波斯盆地鹽上濁積砂巖與油氣田分布Fig.6 Post-salt turbidite sandstones and oil-and-gas fields distribution in Santos and Campos Basins
鹽上有利區(qū)主要位于中部低凸帶,中部低凸帶鹽巖不連續(xù),有利于油氣從鹽下源巖向鹽上儲(chǔ)層運(yùn)移,在該帶,鹽上儲(chǔ)層沉積時(shí)地形坡度變緩,有利于濁積砂體沉積??膊ㄋ古璧刂胁康屯箮躯}上最有利的區(qū)帶,坎波斯盆地鹽上物源供應(yīng)更為充分,濁積砂體更發(fā)育,中部低凸帶坡度變緩,是濁積砂體的卸載區(qū);鹽巖不連續(xù),有利于油氣運(yùn)移;各類鹽相關(guān)構(gòu)造與濁積砂體一起,形成大量的構(gòu)造—巖性復(fù)合圈閉。桑托斯盆地鹽上砂體相對(duì)不發(fā)育,鹽上勘探潛力較坎波斯盆地差。
桑托斯盆地和坎波斯盆地具有相同的區(qū)域構(gòu)造演化歷史,發(fā)育相似的地層及巖性序列,烴源巖均為鹽下裂谷期湖相頁巖,TOC含量高且分布廣泛,均發(fā)育鹽下、鹽上2套儲(chǔ)蓋組合,鹽下油氣藏主要為與基底隆起相關(guān)的圈閉,鹽上油氣藏主要為鹽相關(guān)圈閉及巖性圈閉。
盡管如此,但二者油氣分布卻差異巨大??膊ㄋ古璧赜蜌庵饕植荚谥胁康屯箮}上領(lǐng)域,而桑托斯盆地油氣主要分布在外部高地帶鹽下領(lǐng)域。研究認(rèn)為,這種差異主要是由2個(gè)盆地的如下差異造成的:
(1)盆地鹽下構(gòu)造格架差異較大,不同構(gòu)造帶的寬度明顯不同??膊ㄋ古璧佧}下地層坡度較大,外部高地帶窄且鹽下地層厚度較小。而桑托斯盆地深海區(qū)鹽下地層坡度較小,外部高地帶寬度大且鹽下地層厚度較大。這種構(gòu)造格架的差別造成鹽巖和鹽下儲(chǔ)層分布的不同,影響油氣資源分布。
(2)鹽巖分布差別較大,由于鹽下構(gòu)造特征的差異,造成鹽巖分布特征差異。鹽巖沿著2個(gè)盆地較陡的斜坡,向下傾方向流動(dòng)到坡度較緩的外部高地帶分布。因此2個(gè)盆地斜坡區(qū)的近岸低凹帶、中部低凸帶、近海低凹帶鹽巖均呈不連續(xù)分布,不利于鹽下油氣藏的保存。而外部高地帶鹽巖連續(xù)分布,有利于鹽下油氣藏的保存,卻不利于鹽下油氣運(yùn)移到鹽上成藏。在坎波斯盆地,外部高地帶較窄,鹽巖在坡度變緩的狹窄的外部高地帶附近形成巨厚的鹽墻,加之外部高地帶鹽下地層厚度較小,不利于鹽下油氣成藏。而桑托斯盆地外部高地帶較寬,鹽巖均勻地分布,鹽下地層厚度較大,發(fā)育大量與基底隆起相關(guān)的構(gòu)造圈閉,桑托斯盆地鹽下巨型油氣發(fā)現(xiàn)大多分布在外部高地帶。
(3)2個(gè)盆地鹽下、鹽上儲(chǔ)層發(fā)育程度不同,坎波斯盆地以鹽上砂巖儲(chǔ)層發(fā)育為主,而桑托斯盆地則以鹽下碳酸鹽巖儲(chǔ)層發(fā)育為主。鹽上砂體發(fā)育程度是造成2個(gè)盆地鹽上油氣富集程度巨大差別的主要原因。南帕拉伊巴河為坎波斯盆地帶來相對(duì)充足的物源供應(yīng),鹽上濁積砂體十分發(fā)育(圖6);而桑托斯盆地周圍沒有大型河流,鹽上砂體呈零星分布(圖6),因此坎波斯盆地鹽上油氣更為富集。桑托斯盆地的外部高地帶發(fā)育大量的基底隆起,形成了遠(yuǎn)離物源區(qū)的淺水沉積環(huán)境,有利于生物灰?guī)r儲(chǔ)層的發(fā)育;坎波斯盆地外部高地帶窄、鹽下地層厚度小且缺少大型的基底隆起,鹽下儲(chǔ)層發(fā)育條件差。
這些差異造成了2個(gè)盆地油氣成藏條件的差異,影響油氣資源分布。
1)桑托斯盆地和坎波斯盆地經(jīng)歷了裂谷、過渡、被動(dòng)大陸邊緣3個(gè)構(gòu)造階段,形成了鹽下裂谷期陸相層序、過渡期鹽巖層序、鹽上被動(dòng)大陸邊緣期海相層序。
2)桑托斯盆地和坎波斯盆地油氣成藏條件優(yōu)越,烴源巖、儲(chǔ)層、蓋層及保存條件良好,鹽下及鹽上圈閉發(fā)育,各種成藏要素配置關(guān)系良好。
3)鹽下油氣成藏主要受控于基底隆起和鹽巖分布,油氣成藏有利區(qū)主要位于鹽下中部低凸帶和外部高地帶,尤以桑托斯盆地外部高地帶最為有利。鹽上成藏組合油氣成藏主要受控于鹽窗和儲(chǔ)層發(fā)育情況,有利區(qū)位于中部低凸帶,以坎波斯盆地中部低凸帶最為有利。
4)桑托斯盆地和坎波斯盆地具有相同的區(qū)域構(gòu)造演化歷史,發(fā)育相似的地層及巖性序列,生儲(chǔ)蓋組合及圈閉類型基本相同。但由于盆地構(gòu)造格架不同,導(dǎo)致鹽巖分布、鹽下儲(chǔ)層發(fā)育程度的差異,加之鹽上儲(chǔ)層分布的不同,造成2個(gè)盆地油氣分布特征的巨大差異。
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(編輯徐文明)
PetroleumaccumulationcharacteristicsinCamposandSantosBasins,offshoreBrazil
Xiong Liping1, Wu Changwu1, Guo Yongqiang1, Li Songyang2
(1.PetroleumExplorationamp;ProductionResearchInstituteofSINOPEC,Beijing100083,China;2.BeijingUniversityofPostsandTelecommunications,Beijing100876,China)
The Campos and Santos Basins are rich in petroleum. Both of the 2 basins have experienced 3 phases of tectonic evolution (rift, transition and passive continental margin), depositing 3 corresponding sedimentary mega-sequences (pre-salt continental sequence, salt sequence and post-salt marine sequence), and forming 2 plays (pre-salt play and post-salt play). Due to different tectonic frameworks, salt distribution and pre-salt reservoir development patterns are different in the 2 basins. Combining with different post-salt reservoir distribution, obvious difference exists in petroleum distribution between the 2 basins. Petroleum in the Santos Basin mainly distributes in pre-salt sequences of the outer basement plateau while petroleum in the Campos Basin accumulates in post-salt reservoirs of the central low uplift. Based on the analyses of tectonic evolution, sedimentation characteristics and major controlling factors, the favorable exploration zones for pre- and post-salt reservoirs are defined. The differences of accumulation condition between the 2 basins are discussed. The studies may provide Chinese companies a guide for new business development and executing blocks’ exploration activities in the 2 basins.
evaporate; main controlling factors for hydrocarbon accumulation; oil and gas accumulation; Campos Basin; Santos Basin
1001-6112(2013)04-0419-07
10.11781/sysydz201304419
TE122.3
A
2012-08-27;
2013-07-04。
熊利平(1963—),女,博士,教授級(jí)高級(jí)工程師,長(zhǎng)期從事石油地質(zhì)研究工作。E-mail: xionglp.syky@ Sinopec.com。
中國(guó)石化科技部項(xiàng)目“巴西重點(diǎn)盆地油氣資源潛力及選區(qū)評(píng)價(jià)”(P11063)。